Llogaritni integralin e dyfishtë:
I = ∬_[0,1]×[0,1] xy√(x² + 3y²) dxdy duke e kthyer në integral të përsëritur sipas dy renditjeve.
Zgjidhja
Meqë funksioni nën integral, f(x,y) = xy√(x² + 3y²),
është i vazhdueshëm në D = [0,1] × [0,1], integrali i dyfishtë mund të kthehet në integral të përsëritur sipas dy renditjeve.
Prandaj:
I = ∫₀¹ dy ∫₀¹ xy√(x² + 3y²) dx
ose
I = ∫₀¹ dx ∫₀¹ xy√(x² + 3y²) dy
1. Llogaritja sipas renditjes së parë
Marrim I₁ = ∫₀¹ dy ∫₀¹ xy√(x² + 3y²) dx
Nxjerrim y jashtë integralit të brendshëm:
I₁ = ∫₀¹ y dy ∫₀¹ x√(x² + 3y²) dx
Përdorim zëvendësimin:
u = x² + 3y²
du = 2x dx
Prandaj x dx = du/2
Atëherë I₁ = 1/2 ∫₀¹ y dy ∫₀¹ √(x² + 3y²) d(x² + 3y²)
Duke integruar, marrim:
I₁ = 1/3 ∫₀¹ y[(1 + 3y²)^(3/2) − (3y²)^(3/2)] dy
Tani ndajmë integralin në dy pjesë:
I₁ = 1/3 ∫₀¹ y(1 + 3y²)^(3/2) dy − 1/3 ∫₀¹ y(3y²)^(3/2) dy
Për integralin e parë përdorim zëvendësimin:
u = 1 + 3y²
du = 6y dy
Për integralin e dytë përdorim:
v = 3y²
dv = 6y dy
Kështu:
I₁ = 1/18 ∫₁⁴ u^(3/2) du − 1/18 ∫₀³ v^(3/2) dv
Duke integruar:
I₁ = 1/45 [u^(5/2)]₁⁴ − 1/45 [v^(5/2)]₀³
Zëvendësojmë kufijtë:
I₁ = 1/45(4^(5/2) − 1) − 1/45(3^(5/2) − 0)
Meqë 4^(5/2) = 32
3^(5/2) = 9√3
Përfundimisht:
I₁ = 1/45(32 − 1) − 1/45(9√3)
I₁ = (31 − 9√3)/45
2. Llogaritja sipas renditjes së dytë
Marrim I₂ = ∫₀¹ dx ∫₀¹ xy√(x² + 3y²) dy
Nxjerrim x jashtë integralit të brendshëm:
I₂ = ∫₀¹ x dx ∫₀¹ y√(x² + 3y²) dy
Përdorim zëvendësimin:
u = x² + 3y²
du = 6y dy
Prandaj
y dy = du/6
Atëherë:
I₂ = 1/6 ∫₀¹ x dx ∫₀¹ √(x² + 3y²) d(x² + 3y²)
Duke integruar:
I₂ = 1/9 ∫₀¹ x[(x² + 3)^(3/2) − (x²)^(3/2)] dx
Ndajmë integralin:
I₂ = 1/9 ∫₀¹ x(x² + 3)^(3/2) dx − 1/9 ∫₀¹ x(x²)^(3/2) dx
Përdorim zëvendësimet:
u = x² + 3, du = 2x dx
v = x², dv = 2x dx
Prandaj:
I₂ = 1/18 ∫₃⁴ u^(3/2) du − 1/18 ∫₀¹ v^(3/2) dv
Duke integruar:
I₂ = 1/45 [u^(5/2)]₃⁴ − 1/45 [v^(5/2)]₀¹
Zëvendësojmë kufijtë:
I₂ = 1/45(32 − 9√3) − 1/45(1 − 0)
I₂ = (31 − 9√3)/45
Përfundimi
Të dyja renditjet japin të njëjtin rezultat:
I = (31 − 9√3)/45